《医用物理波动》PPT课件

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1、第四章振动与波动魔术波声学显微镜(acousticmicroscope)下看到的晶体管(transistor)图象超声波(ultrasound)探测到母胎里胎儿(fetus)的图象在黑暗中怎样发现蛾子(moth)?没有光和声音,蝎子(scorpion)怎样检测到甲虫(beetle)?机械波是如何产生与传播的？与波源的振动状态有关与介质的性质有关波的频率会变吗？波的频率与什么有关？冲击波如何形成？第4章波动学基础振动和波动振动:于平衡位置附近振动，不随波逐流波动:振动在空间的传播波源介质或真空相位(状态)能量机械波：机械振动在弹性介质中的传播过程电磁波：交变电磁场在

2、空间的传播过程波动的共同特征：具有一定的传播速度，且都伴有能量的传播。能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。波动的种类天线发射出电磁波水波声波物质波：微观粒子的运动,其本身具有的波粒二象性重点内容：平面简谐行波特征量波函数波的能量机械波产生的条件波的能量波的干涉波动的描述波动方程基本物理量关系干涉条件加强减弱条件驻波声波艏波多普勒效应电磁波1.机械波产生的条件1)波源——被传播的机械振动2)弹性介质——任意质点离开平衡位置会受到弹性力作用.在波源发生振动后,由于弹性力作用,会带动邻近的质点也以同样的频率振动.这样,就把振动传播出去.故机械振动只能在弹性介质中传播.§

3、4-5机械波的产生和传播一、机械波的形成机械波：机械振动在弹性介质中的传播过程横波(transversewave)纵波(longitudinalwave)横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直纵波：质点的振动方向与波的传播方向平行软绳软弹簧波的传播方向质点振动方向波的传播方向质点振动方向在机械波中,横波只能在固体中出现；纵波可在气体、液体和固体中出现.空气中的声波是纵波.液体表面情况较复杂.纵波与横波的特征：横波存在波腹和波谷纵波存在相间的稀疏和稠密区域2.机械波的传播特征1)介质中每一质点仅在各自平衡位置附近振动.不随波逐流.2)介质中各质点之间沿波传播方向相位

4、依次落后.3)经t后,波形在传播,能量在传播.波线(waveray):从波源沿各传播方向所画的带箭头的线,用以表示波的传播路径和传播方向.波面(wavesurface)(同相位面):波在传播过程中,所有振动相位相同的点连成的面.波前(wavefront):最前面的那个波面.波面波线波面波线二、波动的描述1.波线、波面和波前波长(wavelength):振动状态完全相同的相邻两质点之间的距离.周期(period)T:波形移过一个波长所需的时间.频率(frequency):单位时间内波动前进距离中完整波长的个数.波速(wavespeed)u:单位时间内振动状态(

5、振动相位)的传播速度,又称相速(phasevelocity).机械波速取决于弹性介质的物理性质.2.波的特征量波的特征：在空间、时间上具有周期性讨论:(1)u相位传播速度：在各向同性介质中为常数v质点振动速度:(2)影响波速的因素：介质的特性(弹性模量,介质的密度和温度)二者在同一直线上：纵波二者互相垂直：横波1)固体横波：G为切变弹性模量纵波：Y为杨氏弹性模量结论：波速由弹性介质性质决定,频率(或周期)则由波源的振动特性决定.(3)波速与频率无关。2)液体和气体(只能传播纵波,不能传播横波.)理想气体：容变弹性模量质量密度3)绳索中的波速张力线密度3.波形曲线描

6、述某时刻,波线上各点位移的分布(广义)思考：对纵波,波形曲线是不是实际波形？波形曲线如何反映纵波传播过程中介质质点的疏密情况？疏部中心、密部中心各在何处？对横波：直观给出波峰、波谷位置,该时刻波形xO注意：波形曲线与振动曲线比较(见下页表)xuxO密部中心疏部中心形变最大形变为零振动曲线波形曲线图形研究对象物理意义特征某质点位移随时间变化规律某时刻，波线上各质点位移随位置变化规律对确定质点曲线形状一定曲线形状随t向前平移由波形曲线可知该时刻各质点位移只有t=0时刻波形才能提供初相波长,振幅A某质点方向参看前一质点AxPt0uOAtPt0TO由振动曲线可知

7、某时刻方向参看下一时刻初相周期T振幅A4.波函数（波动方程的积分形式）建立波函数的依据波的空间、时间周期性沿波传播方向各质元振动状态(相位)相继落后（滞后效应）振动量随时间、空间的变化规律思考：机械波的发射和接收方法?发射：敲击物体,弹琴,激发声带,电信号激励扬声器等接收：人耳,传声器(话筒),水声换能器、超声换能器等